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小麦秸秆微波热解产物特性研究

作　者: 刘洪贞
导　师: 徐夕仁
学　校: 山东大学
专　业: 工程热物理
关键词: 生物质秸秆微波热解
分类号: TK6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 254次
引　用: 5次
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内容摘要

生物质是一种重要的可再生能源。我国的生物质资源尤其是农作物秸秆十分丰富,但利用程度不高。开发生物质综合利用技术,对于建立可持续发展的能源体系,促进社会和经济的发展以及改善生态环境具有重大意义。生物质热解可以制备固体生物质炭、生物油或气体燃料,实现生物质的清洁利用,但是常规生物质热解对原料预处理要求高,增加了设备投入与能耗。微波加热具有快速、均匀、高效的特点,把微波加热引入到生物质热解中,可以大大降低生物质预处理的要求。同时,微波热解可以改善生物质热解产物的成分及含量,提高热解产物的利用价值。本文以提高气体产物(尤其是CO和H2)产率为目的,设计制造了一套微波加热装置,以小麦秸秆为原料,添加五种添加物(热解残炭、K2CO3、Na2CO3、CuO和Fe3O4),采用固定床进行秸秆微波热解的实验研究,探讨了生物质微波热解的规律,并对固体产物的官能团、表面形态和元素组成进行了分析。实验着重考察了微波功率、添加物种类、添加比例对热解气、液、固三相产物分布以及气体产物成分及含量的影响。选用的五种添加物对秸秆微波热解效果各不相同。添加CuO、Fe3O4时,只有添加比例和功率足够大(20wt.%,800W),才能有效促进物料的热解,而且产物中液体产物占大部分,液体产率分别达到52.92wt.%和55.82wt.%。添加K2CO3、Na2CO3能有效促进秸秆物料的热解。在微波功率800W,K2CO3、Na2CO3添加比例为10wt.%时,液体产率分别达到48.73wt.%和48.09wt.%,而当添加比例达到20wt.%时,则能产生大量气体产物,气体产率分别为48.95wt.%和56.86wt.%。同时,添加K2CO3、Na2C03能明显提高气体产物中H2的含量,最高可达到47.4vo1.％和46vo1%。添加热解残炭可以显著促进秸秆物料的热解,气体产率随着功率和添加比例的增大而升高,在功率为800W,添加比例为20wt.%时达到60.94wt.%。添加热解残炭后气体产物中CO2的含量明显降低,CO含量升高,H2含量升高也比较显著,其中合成气(CO+H2)含量可达到79vo1.％。热解残炭是热解反应的产物,容易制得,而且可以反复利用。综合考虑,当以制取气体产物为目的时,添加热解残炭是最有利的。为考察温度对秸秆微波热解的影响,本文进行了秸秆微波定温热解实验。结果表明,热解温度是影响热解的主要因素,生物质挥发份的析出主要在300～500℃,气体产物产率随温度的升高不断增加。高温可以提高小麦秸秆物料的转化率,同时高温有助于提高气体产率以及气体产物中可燃气体(尤其是H2)含量,600℃时H2含量能达到43.7vol.%。相同热解温度下,较高的微波功率能提高物料的转化率。随着微波功率的升高,CO2和CO均呈现降低的趋势,而H2含量则逐渐提高。高温下固体产物的孔结构细而密,比表面积快速增大,温度从400℃升高到600℃,BET比表面积从0.89m2／g增大到9.81m2／g,固体产物经过深加工成活性炭,可以用做吸附剂。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-20
  1.1 课题研究背景  12-13
  1.2 生物质热解技术现状  13-18
    1.2.1 生物质热解反应机理  13-14
    1.2.2 生物质热解工艺分类  14-15
    1.2.3 生物质热解的影响因素  15-18
  1.3 本文研究内容  18-20
第2章微波热解技术及研究现状  20-30
  2.1 微波加热技术  20-22
    2.1.1 微波加热原理  20-21
    2.1.2 微波加热的优势  21-22
  2.2 国外微波热解技术研究现状  22-23
  2.3 国内微波热解技术研究现状  23-29
  2.4 小结  29-30
第3章微波热解实验系统及研究方法  30-40
  3.1 实验原料与试剂  30-34
    3.1.1 实验原料  30-34
    3.1.2 试剂  34
  3.2 微波热解实验装置  34-36
  3.3 实验相关的分析方法  36-38
    3.3.1 气体产物分析  36-37
    3.3.2 液体产物分析  37
    3.3.3 固体产物分析  37-38
  3.4 小结  38-40
第4章小麦秸秆微波热解产物特性研究  40-60
  4.1 小麦秸秆微波热解实验步骤  40
  4.2 实验结果与讨论  40-58
    4.2.1 纯秸秆的微波热解  40-43
    4.2.2 添加物对秸秆微波热解的影响  43-48
    4.2.3 功率对秸秆微波热解的影响  48-52
    4.2.4 添加比例对秸秆微波热解的影响  52-56
    4.2.5 液体产物分析  56
    4.2.6 固体产物分析  56-58
  4.3 本章小结  58-60
第5章小麦秸秆微波定温热解产物特性研究  60-68
  5.1 相同功率下温度对秸秆微波热解的影响  60-62
  5.2 相同温度下功率对秸秆微波热解的影响  62-63
  5.3 定温热解下添加物的影响  63-65
  5.4 固体产物分析  65-67
  5.5 小结  67-68
第6章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-76
致谢  76-77
学位论文评阅及答辩情况表  77

小麦秸秆微波热解产物特性研究

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